Le mélanome cutané est l’affection de la peau la plus meurtrière. Afin de pouvoir être traité efficacement, ce cancer nécessite un diagnostic et une exérèse chirurgicale précoce des lésions primitives non-invasives. En effet, les patients atteints de métastases ont peu de chance de survivre car les lésions de mélanome développent rapidement des résistances aux thérapies et possèdent une forte propension à disséminer des métastases dans de nombreux organes. Le franchissement de la lame basale de la peau appelée jonction dermo épidermique est la première étape cruciale dans l’invasion précoce du mélanome cutané. Notre équipe étudie cette étape depuis plusieurs années et a démontré que l’expression de la tétraspanine 8 (TSPAN8) apparait lors de la progression de ce cancer et permet l’acquisition d’un phénotype invasif par les cellules tumorales. Plusieurs membres de la famille des protéines tétraspanines sont connus pour leurs implications dans divers cancers, mais notre connaissance de leurs régulations transcriptionnelles est encore assez réduite. Les travaux présentés dans cette thèse ont permis d’identifier les premiers régulateurs transcriptionnels connus de TSPAN8, et également de commencer l’étude fonctionnelle de ces régulations sur l’invasion dépendante de TSPAN8 par le mélanome cutané. En particulier, nous montrons que l’invasion dépendante de TSPAN8 est entre autres régulée par le membre du complexe Mediator LCMR1/MED19 et par le suppresseur de tumeur p53. Ainsi, ces travaux apportent une meilleure compréhension de l’invasion précoce du mélanome cutané, ce qui devrait permettre une meilleure prise en charge des patients à l’avenir / Cutaneous melanoma is the deadliest skin condition. Curing this cancer requires an early diagnosis and surgical excision of the non-invasive primary lesions. Indeed, patients with metastasis have few chances to survive this cancer since the melanoma lesions rapidly develop treatment resistances, and can disseminate metastasis in numerous organs. Crossing the skin basal membrane called the dermal epidermal junction is the first crucial step of early melanoma invasion. Our team has studied the early invasion of melanoma for many years, and demonstrated for the first time the implication of Tetraspanin (TSPAN8) in melanoma early invasion. Indeed, the expression of this gene and the protein that it codes appears with the progression of melanoma and confers the tumor cells an invasive phenotype. Several members of the tetraspanin protein family are known for their implication in various cancers, yet their transcriptional regulation remains poorly understood. In the case of TSPAN8, nothing was known regarding its transcriptional regulation in melanoma. The experiments presented in this thesis allowed us to identify the first known regulators of TSPAN8 transcriptional expression, and also to begin the functional study of the regulators impact on TSPAN8 dependent invasion of human cutaneous melanoma. Amongst these regulators are the member of the Mediator Complex MED19/LCMR1 and the tumor suppressor p53. The results presented in the present manuscript allow a better understanding of cutaneous melanoma early invasion and should help improving the treatments against this cancer in the future

Maintenance of the levels of nucleoside triphosphates (NTPs) as well as their corresponding deoxy derivatives (dNTPs) is crucial to all growth and developmental processes. The enzyme nucleoside diphosphate kinase (NDK) utilises an autophosporylated enzyme intermediate to catalyse the transfer of 5’ terminal phosphate from NTPs (mostly ATP) to nucleoside diphosphates (NDPs) via a reversible mechanism as given below. N1TP + NDK ↔N1DP+ −NDK-His* (1) N2DP + NDK-His* P ↔N2TP + NDK−His. (2) In the γ-phosphoryl group transfer, the highly conserved His 117 active site residue becomes autocatalytically phosphorylated, in the enzyme intermediate (NDK-H*). This phosphoryl group is transferred to ribo-or deoxyribonucleotides (N2DP) in a substrate non-specific manner. In addition to its fundamental role in nucleotide metabolism, NDP kinase is also involved in a number of cellular regulatory functions such as growth and developmental control, tumor metastasis suppression, signal transduction and so on. From mycobacterial genera, NDK of Mycobacterium tuberculosis (MtNDK) has been crystallised, structure was solved and biochemical functions were elucidated. However, there has not been any such study on the NDK of Mycobacterium smegmatis, except on the possible interaction with other proteins which modulates the NTP synthesising activity of MsNDK, towards specific NTPs. M. smegmatis, being a saprophytic, fast growing and non-pathogenic mycobacterium that is widely used as an experimental model mycobacterial system to study various biological processes in mycobacteria, it was thought appropriate to study NDK from this organism. The outcome of current study is presented in five chapters. The First Chapter gives a detailed introduction on the structural and functional aspects of NDK from diverse organisms, from bacteria to humans. Chapter 2. Molecular Cloning, Expression and Characterisation of Biochemical Activities of Nucleoside Diphosphate Kinase from Mycobacterium smegmatis mc 155 The research work starts with the molecular cloning, overexpression, purification, and characterisation of biochemical activities of recombinant MsNDK protein. In brief, ndk gene from M. smegmatis (Msndk) has been cloned, efficiently overexpressed as a soluble 6xHis-tagged recombinant protein, purified through affinity chromatography, and its biochemical characterisation for ATPase, GTPase and NTP synthesising activities have been demonstrated. Catalytic mutant of MsNDK, MsNDK-H117Q, was generated using site-directed mutagenesis approach and H117 was shown to be essential for the catalytic activity. Further experiments revealed that it is the same H117 that is required for mediating autophosphorylation as well, which is an intermediate in the transphosphorylation reaction of NDK. Chapter 3. Characterisation of Oligomerisation Property of M. smegmatis Nucleoside Diphosphate Kinase: the Possible Role of Hydrogen Bond and Hydrophobic Interactions The present study revealed that presence of homodimer of MsNDK could be observed in the presence of heat and SDS. Chemical cross-linking experiments revealed that MsNDK forms dimer, tetramer and hexamer. Homology modeling of MsNDK on the MtNDK crystal structure supported the existence of hexamer as three homodimers. Gln 17, Ser 24 and Glu 27 were found to be positioned at the dimer interface. Mutations on these residues did not abolish the stability of the respective mutant dimers in the presence of SDS and heat. Modeled structure of MsNDK revealed the existence of hydrophobic interactions at the dimer interface. In silico approach helped in mapping the existence of hydrophobic interactions at the dimer interface as two consecutive β-strands. Exposure of hydrophobic residues, using organic solvent methanol, abolished the dimer completely, indicating the vital role of hydrophobic interactions in the dimer stability. In solution, the native MsNDK was found to be a hexamer. Chapter 4. Mycobacterial Nucleoside Diphosphate Kinase Functions as GTPase Activating Protein for Mycobacterial Cytokinetic Protein FtsZ In Vitro Mammalian, plant, and bacterial NDKs can function as GTPase activating protein (GAP) for small G proteins namely, p21 Ras, Rad, and Rho-GTPases in animals and Pra1, Pra2, and GPA1 in Arabidopsis thaliana in vitro. We examined whether NDK of M. tuberculosis (MtNDK) can function as GAP in vitro for the cytokinetic protein FtsZ of Mycobacterium tuberculosis (MtFtsZ), which is a protein with a classical G-protein fold, possessing GTP-binding and GTPase activities (like G proteins). Both MtNDK and MsNDK could function as GAP for MtFtsZ and FtsZ of M. smegmatis (MsFtsZ) respectively in vitro. Similarly, MtNDK could function as GAP for MsFtsZ and reciprocally MsNDK could function as GAP from MtFtsZ. Interaction of NDK with respective FtsZ could be observed. Physiological implications of GAP activity of NDK on FtsZ are discussed. Chapter 5. Transcriptional Analyses of Nucleoside Diphosphate Kinase Gene of Mycobacterium smegmatis mc 155 Although there are studies on the structural and functional aspects of NDK, there are not many studies available on the transcriptional analysis of nucleoside diphosphate kinase (NDK) gene expression in general and nothing in particular in mycobacterial systems. Therefore we studied the transcriptional analysis of expression of Msndk gene, in order to map the Transcriptional Start Site (TSS), identification of promoter elements, and elucidated of transcriptional activity of the promoters. Expression of Msndk gene was analysed in exponential growth phase and under two different stress conditions wherein DNA replication gets arrested. Hydroxy Urea (HU), which reduce dNTP pools by inhibiting ribonucleotide reductase and Phenethyl Alcohol (PEA), which affects membrane structure resulting in DNA replication arrest, were used. Two transcripts and their promoter elements were mapped and their promoter activities were demonstrated. The profile of transcripts was found to be identical under the three different conditions examined.

Cette thèse a pour objectif la caractérisation des gènes rgg de S. thermophilus LMG18311 codant des régulateurs transcriptionnels et l'étude de leur implication dans l'adaptation à l'environnement. Ce travail montre que le gène rgg0182 code un régulateur transcriptionnel activant la transcription de ses gènes adjacents. Par ailleurs, le couple Rgg0182/Shp0182 participerait à un mécanisme de quorum sensing. De plus, la protéine Rgg0182 participe à la tolérance au stress chaud. En outre, les cellules du mutant [delta]rgg0182 présentent un phénotype d'adhésion thermo-induite via des interactions de types hydrophobes. L'analyse par microscopie à force atomique des cellules de la souche LMG18311 et du mutant [delta]rgg0182 révèle la présence de polymères de surface uniquement chez la souche sauvage, suggérant que la protéine Rgg0182 régulerait l'expression de protéines de surface et de la division cellulaire. Une étude protéomique couplée à une analyse transcriptomique ont permis d'identifier plusieurs cibles de Rgg0182 qui participeraient à diverses fonctions biologiques. L'ensemble des données obtenues démontre que la protéine Rgg0182 de S. thermophilus LMG18311 est un régulateur global de l'expression génique. Par ailleurs, la transcription des 7 gènes rgg présents au sein du génome de S. thermophilus LMG18311 est modulée par les conditions environnementales. Les profils de transcription des 7 gènes rgg diffèrent les uns par rapport aux autres, suggérant que chacun d'eux seraient requis dans des conditions de croissances différentes. Ces données posent l'hypothèse que les protéines Rgg participeraient à la régulation fine et complexe de l'expression génique de S. thermophilus / This thesis aims to characterize the rgg genes of S. thermophilus LMG18311 coding transcriptional regulator and their involvement in environmental adaptation. This work shows that rgg0182 gene encodes a transcriptional regulator controlling the transcription of its flanking genes. The Rgg0182/Shp0182 pair could be involved in a quorum sensing mechanism. This work also demonstrates that the Rgg0182 protein is involved in S. thermophilus tolerance to heat stresses. In addition, the mutant delta rgg0182 cells exhibit a thermo-induced adhesion phenotype via hydrophobic interactions. Analyses by atomic force microscopy of LMG18311 cells of the wildtype and its derivative rgg0182 mutant reveal the presence of polymers only on the surface of the wild-type strain, suggesting that the protein Rgg0182 would regulate the expression of surface proteins and proteins of cell division. A proteomic study coupled with transcriptomic analysis led to the identification of several targets of Rgg0182 involving in various biological functions. The data obtained in this work have shown that the S. thermophilus LMG18311 rgg0182 genes encodes a global regulator of gene expression. Furthermore, transcriptional analyses, in different growth conditions, of the 7 rgg genes present in the genome of S. thermophilus LMG18311 showed that they display different expression profiles that are modulated by environmental conditions. This suggests that these genes would be required in distinct growth conditions. These data raise the hypothesis that Rgg proteins participate in the fine and complex regulation of S. thermophilus gene expression

La transition épithélio-mésenchymateuse (TEM) est un processus physiologique décrit dans le développement embryonnaire et chez l'adulte au cours de la cicatrisation. La TEM est également détournée dans le contexte pathologique au cours de l'invasion tumorale et les mécanismes moléculaires qui la contrôlent font à ce jour l'objet d'intenses investigations. Cette étude décrit le rôle du gène de la lignée germinale NANOS-3 dans la régulation de l'invasion tumorale broncho-pulmonaire associée à la TEM. Nous démontrons que l'expression de Nanos-3 est corrélée à l'agressivité des cancers bronchiques non à petites cellules (CBNPC) humains in vivo et qu'il est surexprimé pendant la TEM induite in vitro. De plus, la surexpression de Nanos-3 dans les lignées tumorales bronchiques augmente leurs capacités invasives in vitro en induisant la TEM alors que son inhibition induit l'effet opposé et promeut la transition mésenchymo-épithéliale (TME). Au cours de cette étude, nous rapportons également des mécanismes à la fois transcriptionnels et post-transcriptionnels de régulation des cibles de Nanos-3. Ainsi, nous montrons que Nanos-3 réprime la transcription du gène CADHERINE-E indépendamment des facteurs de transcription des familles Snail et ZEB. Nous décrivons également que la protéine Nanos-3 co-immunoprécipite avec certains ARNm de ses cibles et, plus particulièrement, qu'elle est capable de réguler la longueur de la queue poly-(A) du transcrit codant pour une de ses cibles majeures : la Vimentine. En parallèle, par des méthodes d'études in silico et in vitro, nous démontrons une localisation à la fois cytoplasmique et nucléaire de Nanos-3 ainsi que son accumulation nucléolaire. Enfin, nous mettons en évidence que la réexpression ectopique de Nanos-3 dans le contexte tumoral pourrait être attribuée à une dérégulation des mécanismes épigénétiques physiologiquement mis en place dans les cellules somatiques adultes. Ainsi, cette étude démontre le rôle de Nanos-3 dans l'acquisition d'un phénotype invasif par les cellules tumorales bronchiques et décrit un nouveau mécanisme de régulation de la TEM dépendant de la longueur de la queue poly-(A) de certains ARNm. / The Epithelial-Mesenchymal Transition (EMT) is a basic cellular process used by embryo to generate different tissues or in adult during wound healing. EMT is also misappropriated by cancer cells during the first step towards metastasis. Molecular mechanisms driving EMT during tumor progression are extensively studied and post-transcriptional regulations of EMT-associated genes emerge as major and promising field in oncology. Here we report a dual post-transcriptional and transcriptional regulation of EMT-associated genes by the NANOS-3 germline gene during lung tumor invasion. We show that the Nanos-3 expression in vivo correlates with aggressiveness of human non-small cell lung carcinomas (NSCLC) and that Nanos-3 is upregulated in cells which undergo an EMT in our in vitro EMT-inducible models. Moreover, Nanos-3 overexpression in human NSCLC cell lines enhances their invasive abilities by EMT regulation while its silencing induces the opposite effect leading to a Mesenchymal-Epithelial Transition (MET). Molecular investigations indicate that Nanos-3 controls its targets by either transcriptional or post-transcriptional mechanisms. We show that Nanos-3 represses E-CADHERIN transcription independently of Snail and ZEB transcription factor families. Moreover, we also find that mRNAs of post-transcriptionally regulated targets are co-immunoprecipitated with the Nanos-3 protein and that Nanos-3 regulates the length of the 3' poly-A tail of VIMENTIN mRNA. This dual mechanism of EMT regulation by Nanos-3 is to be related to the specific subcellular localization of Nanos-3 in both cytoplasm and nucleus associated with a nucleolus accumulation as shown by in vitro and in silico experiments. Finally, we demonstrate an epigenetic regulation of NANOS-3 gene expression in lung cell lines, thus supporting that its ectopic expression could be attributed to an epigenetic machinery deregulation in cancer cells.Thus, here we demonstrate a new innovative role for Nanos-3 in the acquisition of an invasive phenotype by lung tumor cells and we describe a novel mechanism of post-transcriptional regulation of EMT via the control of the mRNA poly-A tail length.

Les mécanismes de régulation de l’expression génétique sont essentiels pour l’adaptation du comportement cellulaire face à son environnement (différenciation, développement, réponse à un stimulus). Les études moléculaires décrivent une grande diversité de facteurs impliqués dans ce phénomène (TFs, marques épigénétiques, nucléosomes) et plusieurs niveaux de régulation (initiation, élongation, épissage, maturation) qui expliquent la complexité du transcriptome cellulaire. Durant ma thèse, nous nous sommes intéressés aux processus de régulation de la transcription en nous appuyant sur le modèle de la différenciation lymphocytaire murine. Nos études décrivent le recrutement des GTFs et une activité transcriptionnelle caractéristique aux promoteurs des gènes et sur les enhancers. Nous montrons également que les ilots CpG (CGIs) sont des éléments régulateurs majeurs chez les mammifères et qu’ils contribuent de manière transcription-indépendante à la déplétion nucléosomale observée aux promoteurs de certains gènes. Nos collaborations nous ont également permis d’aborder des sujets relatifs à l’élongation de la transcription, l’épissage alternatif, ou les combinatoires de PTMs que peuvent exhiber le CTD de l’ARN Pol II et les queues d’histones. Dans un contexte de transition de l’ère pré-génomique vers des approches expérimentales pangénomiques (s’appuyant notamment sur les technologies de séquençage haut débit), une proportion importante de ma période doctorale fut consacrée au développement d’outils bioinformatiques pour le traitement et les analyses de données expérimentales, issues de ChIP-on-chip puis de HTS (ChIP-Seq, MNase-Seq, RNA-Seq). / Mechanisms underlying the regulation of genetic expression are crucial for cell maintenance and adaptation to environment (differentiation, development...). Molecular approaches reveal a great diversity of factors involved in this process (TFs, epigenetics, nucleosomes) and several layers of regulation (transcription initiation, elongation, splicing, maturation) which contribute to the observed transcriptome complexity. During my thesis, we studied the mechanisms of transcription regulation in mammals during lymphocyte differentiation. Briefly, we described the recruitment of GTFs and the transcriptional activity occurring on promoters and enhancers. We also reveal that CpG islands (CGIs) are major regulator elements in mammals, which contribute to nucleosome depletion in a transcription-independent manner on a significant amount of promoters. Together with our collaborators, we also studied the mechanisms of transcription elongation, alternative splicing, or the complex combinatorial patterns of PTMs that can be set on the CTD of RNA Polymerase II and on histone tails. In the context of transition from pre-genomic studies to genome-wide experiments, an important part of my work consisted in the development of bioinformatics tools for the processing and analysis of experimental datasets from ChIP-on-chip, and HTS technologies (ChIP-Seq, MNase-Seq, RNA-Seq).

Résumé confidentiel / Résumé confidentiel

L'une des caractéristiques majeures des microorganismes, et donc des bactéries, est qu'ils sont en contact direct avec l'environnement et doivent donc percevoir et répondre rapidement à ses variations. Pour cela, plusieurs niveaux de contrôle existent, et récemment le rôle des ARN non codants régulateurs, ou riborégulateurs, a été mis en lumière comme un mécanisme de contrôle peu couteux et rapide pour la cellule. Chez le phytopathogène Agrobacterium fabrum (anciennement appelé Agrobaterium tumefaciens), la virulence est principalement régulée au niveau transcriptionnel par le système à deux composants VirANirG. L'implication des riborégulateurs dans la virulence d'A.fabrum est encore mal connue et ces travaux de thèse ont eu pour objectif de déterminer l'implication de riborégulateurs dans le cycle infectieux de cette bactérie.Pour cela, nous avons identifié l'ensemble des transcrits d 'A. fabrum C58 en combinant l'utilisation de plusieurs méthodes d'analyses globales et nous avons étudié la fonction de différents candidats transcrits à partir du plasmide Ti (plasmide de virulence). Des souches modifiées dans la production des riborégulateurs candidats ont été construites, Jeurs ARNm cibles ont été prédits et validés, et des tests phénotypiques, en particulier des tests de virulence, ont été réalisés. Ainsi, le séquençage des transcrits de petite taille a permis d'identifier plus d'un millier de riborégulateurs potentiels dont plusieurs sont exprimés à partir de régions en relation avec le cycle infectieux. Nous avons validé 4 de ces petits transcrits comme étant des riborégulateurs puisqu'ils sont de petite taille, non traduits en protéine et fortement structurés (RNAI 111, RNA1083, RNA1059 et RNA1051) . Plus particulièrement, nous avons montré que le riborégulateur RNAI 111 était nécessaire pour la virulence d'A.fabrum C58, et que son action semblait se faire au travers du contrôle post-transcriptionnel de gènes impliqués dans les fonctions de virulence et de transfert du plasmide Ti. Un rôle plus modéré du riborégulateur RNA1083 dans le contrôle du cycle infectieux a également été observé, potentiellement au travers de la modulation de la mobilité et du transfert conjugatif du plasmide Ti. D'autre part, nous avons mis en évidence deux autres riborégulateurs, RNA1059 et RNA1051, qui sont impliqués dans le contrôle du maintien du plasmide Ti via une implication dans la réplication du plasmide (RNA 1059) et via une implication dans un nouveau system de toxine-antitoxine présent sur le plasmide Ti (RNA1051). Ainsi à partir d'une analyse globale nous avons mis en évidence le rôle des riboregulateurs dans les systèmes de mise en place de l'infection bactérienne , soit via le contrôle de facteurs de virulence, soit via le contrôle de la persistance du plasmide responsable de la virulence / One of the main characteristics of microorganisms, including bacteria., is their direct interaction with their environment. They thus need to perceive and quickly answer to its variations. Several steps of control exist, and recently the role of regulatory non-coding RNA, or riboregulator, was highlighted as a fast and economic mechanism of regulation. In the phytopathogen Agrobacterium fabrum (previously named Agrobacterium tumefaciens), the virulence is mainly controlled transcriptionally by the two components system VirANirG. The implication of riboregulators in the virulence of this bacterium is still unknown . The objectives of this thesis were to identify A .fabrum riboregulators and to determine their involvement in the infectious cycle of the bacteria. To this end, we identified small transcripts of A . fabrum C58 strain by combining several global analyses, and we studied the function of different candidates transcribed from the Ti plasmid (the virulence plasmid). Strains modified in the production of these candidates were constructed, their mRNA targets were predicted and validated, and phenotypic analyses -especially virulence tests­ were realized.Thereby, small transcript deep-sequencing allowed the identification of a thousand potential riboregulators, some of them being transcribed from regions related to the infectious cycle. We validated 4 of these transcripts as riboregulators according to their small size, their strong secondary structure and their non-translation into protein (RNAIOS I, RNA1059, RNA1083 and RNAl ll l). In particular, we showed that RNA 1111 was necessary for the virulence of A. fabrum C58, and that it seems to act through the posttranscriptional control of genes implicated in virulence functions and in Ti plasmid conjugation. A more moderated role of RNA 1083 was also observed, potentially by the modulation of the bacterial mobility and of the plasmid conjugation. Furthermore, we highlighted two riboregulators, RNA1059 and RNA1051, involved in the control of the Ti plasmid persistence, through their implication in the replication of the plasmid (RNA1059) and in a toxin-antitoxin system present on the Ti plasmid (RNA1051) .Thus, from a global analysis, we brought out the role of riboregulators in the control of several steps of the infectious cycle of A. fabrum C58, through the control of virulence factors, or through the contrai of the persistence of the main actor of the virulence, the Ti plasmid

Afin d’optimiser la production d’un composé d’intérêt tout en évitant les conséquences néfastes sur la viabilité cellulaire, un défi majeur de l’ingénierie métabolique est d’obtenir un équilibre entre les flux métaboliques endogènes de la cellule et le flux consommé par une nouvelle voie de biosynthèse. Dans ce contexte d’optimisation, les stratégies combinatoires génèrent une diversité de voies métaboliques et de modes de régulation rassemblant de précieuses informations quant aux choix d’orientations stratégiques à faire. Notre étude s’inscrit dans un projet visant à produire les molécules responsables de l’arôme, de la couleur et du parfum du safran (Crocus sativus) chez Saccharomyces cerevisiae. Une approche combinatoire a été adoptée pour moduler les niveaux d’expression de trois gènes menant à la synthèse de leur précurseur commun : la zéaxanthine. Cette stratégie nous a permis de décrire des biais inattendus dans la régulation des niveaux d’expression des gènes exprimés sur plasmide. Nous avons détecté une forte interférence transcriptionnelle entre les gènes dans notre système, ainsi qu’une influence de la nature des séquences codantes. Ces éléments, identifiés comme critiques, imposent sur les niveaux d’expression des trois gènes une régulation plus importante que la force des promoteurs qui les contrôlent. Afin de poursuivre le projet vers son objectif final, la réaction de clivage de la zéaxanthine menant à la synthèse des composés d’intérêt du safran a fait l’objet d’une analyse fonctionnelle détaillée. Une absence d’activité de l’enzyme décrite dans la littérature comme responsable de cette réaction nous a conduits à proposer des perspectives d’ingénierie pour atteindre l’objectif final du projet / To optimize the production of a value added compound while avoiding toxic consequences on the cell viability, a challenge in the metabolic engineering field is to balance the endogenous metabolic fluxes and the newly consumed fluxes. In this optimization context, combinatorial strategies can generate several variants of synthetic metabolic pathways. This strategy gives precious strategic information on the right combinations of function and regulation choices to be made in the ultimate pathway reconstruction. Our study aimed at the production of the molecules responsible for aroma, dye, and fragrance of saffron (Crocus sativus) in Saccharomyces cerevisiae. A combinatorial approach was chosen to modulate expression levels of three genes involved in their common precursor biosynthesis: zeaxanthin. This strategy allowed us to describe some unexpected bias in the regulation of the plasmid-encoded genes expression levels. We detected strong transcriptional interference between the different genes in our system, and the ORF nature also seemed to influence the expression levels. These critical factors imposed a stronger regulation of the three genes expression levels than the promoter strength initially chosen to control them. The project was continued toward its final objective by making a detailed functional analysis of the zeaxanthin cleavage reaction leading to the molecules of interest synthesis. This reaction was described to be catalyzed by a specific enzyme, but no activity was observed in our experiments. This result led us to propose some tools to reach the final goal of the project

La surveillance immunologique des tumeurs repose sur la capacité des cellules effectrices du système immunitaire à détecter et à éliminer les cellules cancéreuses. Nonobstant ce constat, la régression complète et spontanée de cancers établis n’est observée que dans de très rares cas. L’échec de la résolution des cancers par le système immunitaire pourrait résulter de la conjonction de plusieurs facteurs : i) une réponse immune inadéquate liée au manque d’immunogénicité des tumeurs, ii) l’incompétence du système immunitaire consécutif à des immunodéficiences acquises ou induites et iii) la sélection de variants tumoraux résistants capables de déjouer la surveillance opérée par le système immunitaire ou de subvertir ses effets. Ainsi, le développement de stratégies visant à potentialiser les réponses antitumorales de l’hôte revêt un enjeu crucial en cancérologie.Au laboratoire, notre travail de recherche a pour objectif de mieux caractériser les liens entre réponse immunitaire et cancer. Mon travail de thèse vise précisément à comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la différenciation des lymphocytes T CD4 et à déterminer le rôle de ces cellules dans l’immunité antitumorale. Au cours de ma thèse, nous nous sommes particulièrement attachés à explorer les mécanismes moléculaires qui sous tendent la différenciation des populations lymphocytaires Th17, Th9 et TFh pour mieux appréhender et moduler leurs fonctions effectrices afin d’optimiser les réponses antitumorales. Ces travaux s’inscrivent dans une démarche d’application potentielle en immunothérapie anticancéreuse, un domaine de recherches qui connaît actuellement des avancées spectaculaires.Nous avons tout d’abord étudié l’influence de l’acide docosahexaénoïque (DHA), un acide gras à longue chaîne de la série n 3, sur la différenciation des cellules Th17. Nous avons mis en évidence le mécanisme moléculaire responsable de l’inhibition directe de la polarisation cellulaire Th17 par le DHA. L’activation de PPARγ par le DHA induit l’expression de SOCS3 qui agit comme un répresseur intrinsèque de la différenciation Th17. Dans deux modèles de cancers murins, nous avons également montré que l’activité anticancéreuse du DHA était dépendante de sa capacité à inhiber la sécrétion d’IL 17 par les cellules T CD4 in vivo. Nous avons ainsi caractérisé l’un des mécanismes impliqués dans l’effet anticancéreux du DHA.Dans un deuxième travail, nous avons caractérisé les effets de l’interleukine 1β sur le programme moléculaire des cellules Th9. Nous avons montré que les cellules Th9 différenciées en présence d’IL-1β possédaient de puissantes propriétés anticancéreuses dépendantes de l’IL-21 reposant sur l’activation du facteur de transcription IRF1. Au niveau moléculaire, nous avons démontré que l’IL-1β induisait la phosphorylation de STAT1 elle même responsable de l’activation d’IRF1 qui est alors capable d’interagir sur les promoteurs de l’Il9 et de l’Il21 pour induire l’expression de ces gènes dans les cellules Th9.Le dernier projet porte sur la régulation transcriptionnelle du facteur de transcription IRF1 sur la réponse T folliculaire auxiliaire et cherche à en évaluer les retombées potentielles en immunothérapie anticancéreuse. Notre étude met en évidence l’activation précoce d’IRF1 dans la différenciation TFh et suggère que ce facteur de transcription semble initier le développement de ces cellules. Des approches de transfert adoptif révèlent que les TFh semblent posséder des propriétés anticancéreuses capables de limiter efficacement la croissance des tumeurs dans des modèles murins. Enfin, après caractérisation phénotypique nous montrons que les cellules TFh sont présentes dans des tumeurs mammaires chez l’Homme et validons la présence d’IRF1 dans ces lymphocytes. / Immune surveillance of tumors is based on the ability of effector cells of the immune system to detect and eliminate the cancer cells. Notwithstanding, the complete and spontaneous regression of established cancers was observed only in very few cases. The failure of cancer resolution by the immune system could result from the combination of several factors: i) inadequate immune response related to a low tumor immunogenicity, ii) incompetent immune system consecutively to induced or acquired immunodeficiencies and iii) the selection of resistant tumor variants able to thwart immune surveillance or subverting immune responses. Developing novel cancer immunotherapy strategies leading to potentiation of the host antitumor responses is thus a key challenge in oncology.We aim to better characterize the relationships between immune response and cancer. My work is precisely to understand the molecular mechanisms involved in CD4 T cell differentiation and to determine the role of these cells in antitumor immunity. I am particularly committed to explore the molecular mechanisms underlying the Th17, Th9 and TFh cell differentiations. The goal is to better understand and adjust their effector functions to optimize antitumor responses. This work is part of a potential application in cancer immunotherapy approach, an area that is experiencing dramatic advances and is likely to grow in the years ahead.We first studied the influence of the n 3 polyunsaturated fatty acid docosahexaenoic acid (DHA) on Th17 cell differentiation. We unraveled the molecular mechanism responsible for the direct inhibition of Th17 cell polarization by DHA, explaining one way of DHA to exert its anticancer activity. TH17 cells induced in vitro displayed increased SOCS3 expression and diminished capacity to produce interleukin 17 following activation of PPARγ by DHA. In two different mouse cancer models, DHA prevented tumor outgrowth and angiogenesis in an IL 17 dependent manner. Altogether, our results uncover a novel molecular pathway by which PPARγ induced SOCS3 expression prevents IL 17 mediated cancer growth.Then, we characterized the effects of interleukin 1β (IL-1β) on Th9 cells molecular program. We found that the transcription factor IRF1 enhanced the effector functions of Th9 cells and dictated their anticancer properties. Under Th9 skewing conditions, IL-1β induced phosphorylation of the transcription factor STAT1 and subsequent expression of IRF1, which bound to Il9 and Il21 gene promoters and enhanced their secretion by Th9 cells. In addition, IL-1β induced Th9 cells exerted potent anticancer functions in an IRF1 and IL 21 dependent manner. Thus, our findings identify IRF1 as a target for controlling the function of Th9 cells.We are currently investigating the transcriptional regulation of IRF1 on follicular helper CD4 T (TFh) cell program. We address the question whether TFh cells could be beneficial in cancer immunotherapy. Our study highlights the early activation of IRF1 during the TFh cell polarization and suggests that IRF1 appears to initiate the development of these cells. Adoptive transfer approaches show that TFh lymphocytes seem to habor anticancer properties by limiting efficiently tumor outgrowth in mouse models of cancer. Finally, phenotypic characterization of TFh cells points out that they infiltrate human breast tumors and express IRF1.

Skeletal muscle atrophy can occur at any age and as a result of numerous physiological conditions and thus, it was necessary to better identify the molecular underpinnings of the atrophy cascade so that new therapeutic targets to treat muscle wasting might be identified. MuRF1 was first identified as a marker of skeletal muscle atrophy over a decade ago; however, recent work suggests that this E3 ubiquitin ligase may participate in muscle wasting by regulating the transcriptional activity of genes differentially expressed in response to muscle atrophy. Dusp4, a dual-specificity phosphatase and member of the MAPK cascade, is induced in response to neurogenic atrophy; however, this induction is significantly blunted in the MuRF1-null mice which are resistant to muscle atrophy. The research presented in this thesis aims to characterize the mechanism by which MuRF1 may transcriptionally regulate Dusp4 and characterizes the function of Dusp4 in skeletal muscle.